في الكيمياء بما أن الكربون من الممكن أن يشكل سلاسل طويلة من البوليمر فإنه من الممكن للسيليكون أيضًا أن يفعل ذلك، وقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً من أجل تحقيق ذلك، ولكن لقد تم تحويل ذرات السيليكون إلى سلاسل بوليمر طويلة، وفي عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي لقد بدأ الكيميائيون في عملية اكتشاف أن البوليمرات العضوية كانت مصنوعة من سلاسل كربون طويلة، ولكن لم يتم إجراء بحث جاد عن البوليسيلان حتى أواخر السبعينيات، وهي فئة من البوليمرات غير العضوية المستقرة للحرارة.
مركب بوليسيلان
- في وقت سابق في عام 1949 ميلادي، في نفس الوقت تقريبًا الذي كان يعمل فيه الروائي كورت فونيغوت في قسم العلاقات العامة في شركة جنرال إلكتريك، كاليفورنيا، كان بوركهارد يعمل في قسم البحث والتطوير في جنرال إلكتريك، اخترع بوليسيلان (بولي سيلان) يسمى بولي دايميثيل سيلان، لكنه لم يكن جيدًا لأي شيء، وتسمى هذه الأنواع من البوليمرات التي تحتوي على مكونات عضوية وغير عضوية بالبوليمرات الهجينة.
- تلقى البوليسيلان ذو الخصائص البصرية والإلكترونية غير العادية بسبب اقتران الإلكترون على بنية (backbone) للسيليكون اهتمامًا خاصًا مثل سلائف سيراميك كربيد السيليكون (SiC)، ومادة إنارة ومقاومًا للضوء للأشعة فوق البنفسجية، وموصلًا كهربائيًا وموصلات ضوئية، عن طريق تفاعل اقتران من نوع (Wurtz) بين كلوروسيلان عضوي باستخدام مشتت فلز قلوي في إعادة تدفق التولوين.
- إن الطريقة غير متسامحة مع العديد من المجموعات الوظيفية المثيرة للاهتمام، ويصعب تنفيذها بشكل متكرر، وغالبًا ما تعطي كميات كبيرة من المنتجات ذات الوزن الجزيئي المنخفض، كما أنها خطرة على العمليات واسعة النطاق، بلمرة فتح الحلقة للأوليجوسيلان الحلقي، بلمرة موصلة كهربائياً من كلوروسيلان عضوي، بلمرة كيميائية سونوكيميائية لمادة كلورو سيلان عضوية، بلمرة كهروكيميائية للهيدروسيلان وغيرها.
- إن مركبات البوليسيلان (Polysilanes) مهمة؛ وذلك بسبب إمكانيتهم من أجل توصيل الكهرباء، والبوليسيلان ليس مثل النحاس ولكنه يعتبر جيد للبوليمر، وهو مقاوم شديد للحرارة، إلى ما يقرب من 300 درجة مئوية، ومع ذلك فإنه إذا تم تسخينها بدرجة أعلى بكثير، فإنه من الممكن أن يتم إخراج كربيد السيليكون منها، وهو يعتبر مادة كاشطة مفيدة.
خصائص بوليسيلان
- إن البوليسيلان عبارة عن فئة من البوليمرات غير العضوية المستقرة للحرارة مع هيكل أو العمود الفقري (backbone) للبوليمر المكون بالكامل من روابط السيليكون والسيليكون مع بدائلين مرتبطين بكل ذرة سيليكون، وعادة ما تكون المجموعات المعلقة عبارة عن مجموعات هيدروجين أو ألكيل أو أريل، وبالتالي ينتمي عدد غير محدود تقريبًا من البوليمرات المختلفة إلى هذه الفئة.
- تعتمد خصائص البوليسيلان بشكل كبير على طبيعة المجموعات الجانبية، وبالتالي، فإن هذه البوليمرات تغطي مجموعة واسعة من الخصائص من المواد الصلبة شديدة البلورية والصلبة إلى المواد الصلبة غير المتبلورة والمرنة للغاية، علما أنه تتمتع معظم هذه البوليمرات بمقاومة ممتازة للحرارة وليست شديدة التأثر بالتحلل المائي، ولكن التحلل الضوئي عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.
- تمتلك مركبات البوليسيلان خصائص إلكترونية فريدة ناتجة عن التفاعل الحاصل بين مدارات السيليكون المجاورة الكبيرة نسبيًا والتي تسبب عدم تمركز إلكترونات سيجما في روابط (السيليكون – السيليكون) (Si-Si)، أي إلغاء تمركز سيغما – إلكترون، ومن الممكن أن تعمل هذه المواد كمقاوم للضوء وكموصلات ضوئية في الأجهزة الإلكترونية الدقيقة.
- حتى وقت قريب، وجد البوليسيلان القليل من التطبيقات؛ وذلك لأن هذه البوليمرات من الصعب أن يتم إنتاجها ومعالجتها وغالبًا ما تكون منخفضة الجودة والنقاء، ومع ذلك فإنه في الآونة الأخيرة، قد تم اقتراح طريقة جديدة أكثر عملية من أجل تخليق البوليسيلان، وتستخدم هذه الطريقة ثنائي كلورو سيلان مذاب في مذيب مناسب مثل (THF).
- والذي يتم بعد ذلك بلمرته عبر تفاعل التكثيف في وجود معدن المغنيسيوم (Mg) وكلوريد الليثيوم (LiCl) وحمض لويس مثل: كلوريد الزنك (ZnCl2) أو كلوريد الحديد (FeCl2)، ويتميز هذا التفاعل بأنه من الممكن إجراؤه في درجة حرارة الغرفة، ومع ذلك، فهو فعال فقط لتركيب البوليسيلان الذي يحتوي على بديل عطري واحد على الأقل، أيضًا، لم يتم إثبات أن هذه الطريقة عملية وممكنة على المستوى الصناعي.
- من الممكن أن يتم استبدال مجموعات الألكيل على طول السلسلة بالعديد من المجموعات الأخرى (على سبيل المثال: فينيل، هيدروجين، وغيرها من المجموعات)، ومركبات البوليسيلان هي سلائف مهمة لألياف كربيد السيليكون، الطريقة الشائعة من أجل إنتاج هذه السلائف هي طريقة اقتران (Wurtz)، حيث يتفاعل الهالوسيلان العضوي مثل ثنائي ميثيل كلورو سيلان مع معدن الصوديوم المنصهر من أجل تكوين بولي ديالكيل سيلان.
- من الممكن غزل المادة الأولية إلى ألياف يتم تحويلها إلى ألياف بولي كربوسيلان (SiC) بالتحلل الحراري في خطوة لاحقة، وهذه الألياف لديها قوة شد عالية جدا، والبوليسيلان باهظة الثمن إلى حد ما بسبب انخفاض الطلب عليها.
تطبيقات بوليسيلان
- يستخدم البوليسيلان بشكل أساسي كسلائف للتحويل إلى كربيد السيليكون، بينما لم تجد البوليمرات القائمة على السيلان نفسها أي تطبيقات تجارية أو لم تجد سوى القليل منها، يبدو أن أهم تطبيق (محتمل) موجود في الطباعة الدقيقة للأجهزة الإلكترونية، على سبيل المثال فإنه من الممكن أن يتم استخدام البوليسيلان عالي الجودة كطبقة نقل ثقب في الثنائيات العضوية لنقل الضوء (OLEDs) التي تُستخدم في شاشات العرض والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
- يمكن أن تكون (OLEDs) القائمة على البوليسيلان مفيدة بشكل خاص في شاشات العرض المسطحة، كما أنه يمكن أن تكون البوليسيلان أيضًا جزءًا من الطبقة النشطة من العناصر الكهروضوئية لتكون بمثابة طبقة نقل الثقوب، وأحيانًا يتم دمج مونومرات (silane) الوظيفية العضوية في المواد اللاصقة ومانعات التسرب، إما أنها مرتبطة كيميائيًا بالبوليمر الأساسي (STP = Silane Terminated Polymers)، أو أنه يتم إضافتها إلى المنتجات المصنعة من أجل أغراض مختلفة.
- على سبيل المثال، تعمل كحلقات ربط متشابكة في المواد اللاصقة ومانعات التسرب التي تعالج الرطوبة أو كمحفزات للالتصاق لمجموعة متنوعة من الركائز، كما أنها تحسن الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمواد المقواة بالمادة المالئة.
وفي النهاية نستنج أن مركبات البوليسيلان تقع ضمن فئة من البوليمرات غير العضوية المستقرة للحرارة، وتمتلك خصائص إلكترونية فريدة، والبوليسيلان تعتبر من المركبات المهمة، وذلك بسبب إمكانيتهم لتوصيل الكهرباء، والبوليسيلان ليس مثل النحاس ولكنه جيد للبوليمر، وهو مقاوم شديد للحرارة، ووجد البوليسيلان القليل من التطبيقات؛ وذلك لأن هذه البوليمرات من الصعب أن يتم إنتاجها ومعالجتها وغالبًا ما تكون منخفضة الجودة والنقاء.
